2023年6月28日，香港科技大学副教授吴若昊在“柔性脑机接口技术”对话会上发言

文/《环球》杂志记者 张漫子

编辑/胡艳芬

　　脑机接口，一个颇具未来感的词汇，也是人机交互的一种“更亲密”方式。

　　试想一下，早上醒来，躺在床上，心中念头一动，窗帘就拉开了。随即，冰箱门打开，咖啡机开始工作，电脑自动启动并登录微信、邮箱……这是未来生活的冰山一角，也是脑机接口技术塑造下“所思即所动”的后现代图景。

　　更多人对“脑机接口”的理解是从科幻电影《黑客帝国》开始的：“现实世界”的人类在后脑插入连接器后，就进入虚拟的“母体世界”。借由连接器，外部信息可输入大脑，大脑的信息也可传输到外部。这几乎是脑机接口的终极版本：向人类大脑导入一个完整的虚拟外部环境，实现人机的双向交互。

　　尽管我们目前还处于人机交互这部剧集的前情提要阶段，但人们正企盼着这项技术能更快地到来，当然前提是它能造福人类、重新定义生命。

　　未来，“心电感应”有多简单？“赛博格”这一人工智能与生物智能的融合是否指日可待？“肉身轻盈、机械飞升”的生命数字化有望实现吗？《头号玩家》《西部世界》《机械战警》，哪一个指向我们的新未来？

解放大脑

　　日前，几则国内外脑机接口技术落地的新闻接踵而至，让年过半百的脑机接口概念在热搜榜上居高不下。

　　“将人脑与电脑相连接、开发由大脑意识控制的机器”，这一想法始于上世纪60年代。历经半个多世纪，人脑与电脑、碳基生命与硅基生命的交叠拉出一条陡峭的上扬曲线。“不开口就能交流”“不动手就可操控机器”在多国实验室陆续实现，脑机接口技术穿过科幻的遐想，从《自然》《科学》等国际顶尖学术期刊走出，加速照进现实。

　　只不过，现实区别于科幻的一大不同在于：比起把人变成超人，它更想先让失能人成为健全人。这也是各国科学家最初研究脑机接口的动力——在医疗康复领域，帮助那些高位截瘫、闭锁综合征、肌萎缩侧索硬化等重度运动功能障碍者，重建运动、语言功能，将他们的大脑从身体的局限中解放出来。

　　迄今，高级脑功能的重建是脑机接口技术探索最集中的领域。2005年，美国布朗大学研究团队完成了首个大脑运动皮层脑机接口设备植入手术，使四肢瘫痪的马特·内格尔能通过运动意图控制电脑光标；2014年巴西世界杯开幕式，高位截瘫青年Juliano Pinto在脑机接口与人工外骨骼技术的帮助下开出一球；2016年，瘫痪男子Nathan Copeland用意念控制机械臂与当时的美国总统奥巴马握手。

　　在这场技术角逐中，中国没有落下——2020年，首例脑机接口临床手术落地中国，浙江大学脑机接口团队通过在脑内植入“犹他阵列电极”，使一位72岁的高位截瘫患者成功实现“用意念喝水”；近日，首都医科大学宣武医院赵国光教授团队、清华大学医学院洪波教授团队以植入式硬膜外电极脑机接口的方式，使四肢截瘫患者实现自主喝水。至今，多名瘫痪患者已借助脑机接口技术操纵外部设备，完成抓、取、握、传等基本动作。

　　失能者“行动的恢复”是如何实现的？

　　对普通人来说，意识支配自身行为很简单。但对于神经通路部分损毁的不能听、不能看、不能抓、不能走、不能说的失能人士，因其大脑与躯干的“失联”，其行走、触摸、抓握、听说等念头被迫“困”在脑中，无法指挥身体正常反应。

　　“我们做脑机接口，相当于在大脑与外部设备之间搭起一个直接传输大脑指令的信道。原理上，信道输入的是人的意念和想法，输出的是人对外部设备（如假肢、机械臂）的操控。”某科技企业一名研发负责人如此解释。

　　脑机接口介入后，从意念到行为的“道路”堵点被打通。在脊髓及运动神经通路损坏但大脑皮层功能健全的条件下，患者脑部信号被计算机解读之后，即可向外传输大脑指令，从而实现对外部设备的控制。于是，“人有所思、物有所动”初步实现。

　　这几年，偏瘫、脑卒中、失语、截瘫、精神性疾病等失能患者的家庭，从一个接一个脑机接口的“实验室突破”中看见曙光。“（脑机接口）需求非常广阔，成为了目前难治的神经系统疾病以及复杂后遗症的最新‘武器’。我们常常接到从各地打来的病人的电话。”中国科学院院士赵继宗告诉《环球》杂志记者。病人的亲友打来的电话几乎都以同一个问题开头：“我们看到新闻了，脑机接口手术，你们能做吗？”

困于大脑

　　脑机接口技术虽不乏点上的突破，但远未成熟。最大的制约莫过于大脑依旧是人类的认知“黑洞”。

　　大脑迷宫般的沟回里藏了太多秘密，如同广袤的宇宙只肯向人类展露它头顶一片有限的星空。超过1000亿个神经细胞如同银河系的星星，一边变化、一边发出微小的电脉冲信号，对人体的一举一动“发号施令”。大脑运作的最大“谜团”——意识，是人类智慧产生的起点，却尚未被人类的智慧捕捉、解码。

　　“如果说一项技术需经历理论萌芽、概念论证、实践摸索，然后走上临床应用、产业发展，那么目前脑机接口技术还处于临床应用之前的个案探索阶段，还无法直接迁移推广。从特殊个例走向广泛应用的进阶之路，仍有待时日。”赵继宗说。

　　不少专家也表示，2012年至今，随着一个又一个“意念打字、意念喝水”的成功案例先后出现，人们看到硬件系统等的进步，但未发生临床实质上的突破。“大脑的结构、工作的机制尚不清楚。人在做某个动作时需要通过特定的反射弧。反射弧是由感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器五个部分形成的一个神经环路。脑机接口要实现某些动作，就要搞清楚脑部电极如何放置，以快速精准地实现想要的控制，而这一切仍在不断研究中。脑机接口技术上的突破，有赖于脑科学基础研究的突破，受制于人类对大脑的了解程度。”赵继宗感慨。

　　看、听、抓、握、读、记，这些对普通人而言再简单不过的动作，背后却是大量脑信号的采集、传输、编码、解码等一系列复杂过程。要实现与大脑感知、运动、认知等不同功能的连接与交互，硬件、机制、方法缺一不可。

　　因此，把电极植入大脑，亟待翻越三座大山。浙江大学南湖脑机交叉研究院常务副院长、教育部脑与脑机融合前沿科学中心副主任王跃明认为，第一座大山是“物理硬件”——电极、芯片如何设计，才能使稳定性、精准度更高，体积、功耗更小，使用寿命更长，生物兼容性更高，伤害更小；第二座大山叫“理论机制”——如何发现大脑功能（如运动）的编码机制，理解大脑是如何执行该功能的（如控制人类自身运动）；第三座大山则是“交互方法”——电极植入脑内后，“脑-机”交互包括输出与输入，“出”的是如何将海量信息解码、输出，翻译为控制指令，“入”的是如何将外部信息编码、输入，同样是难题。

进化生命

　　脑机接口，好比一个人类的“功能增强计划”。科学家、创业者正竞相攀登脑机接口技术的一个个山巅，逐级“改造”人类、实现生命“进化”。

　　“人类的大脑有不同的功能，比如视觉、听觉等感知功能，记忆、学习、思维、想象等认知功能，以及运动功能。三者相比，听觉恢复与增强相对容易，突破得最早。”王跃明说，人工耳蜗是迄今最成功、临床应用最广泛的脑机接口技术。

　　“目前运动功能的增强正在逐步实现，许多‘意念喝水’实验都是例证。”王跃明进一步预判，此后有望逐步实现的是感知中的视觉功能，而记忆等复杂功能依然有待研究。

　　交流的增强，可以说是社会动物的一大刚需。其中，“意念打字”已经实现并相对成熟。2019年10月的第三届中国脑机接口比赛上，天津大学一名硕士生以最高每分钟691比特的脑控打字解码速度（相当于每分钟输出69个汉字）超越了普通人手机触屏打字的速度。

　　这让人乐观畅想“意念打字”的下一步。还记得刘慈欣科幻小说《三体》中三体人之间的交流吗？两人无需开口，便可直接通过脑信号进行沟通，或直接向另一个大脑发送信息。不像语言表达的模棱两可、词不达意，脑机接口介入后的“脑脑交互”也许会是一种彻底的、无信息扭曲的“心心相印”“心领神会”。

　　这也是马斯克创建的神经科技公司Neuralink未来10年的一个新愿景：开发与大脑双向交流的植入式脑机接口。争取用10年左右，实现“读心”、人与人“心灵感应”。

　　技术的进化已经够快了，但有时，它来得还是太迟了。2018年，霍金去世，这位困在轮椅上、拥有“超级大脑”的科学家一生饱受疾病折磨，在他生命中的最后光阴，仅能通过眼球转动指挥电脑“打字”，与世界“对话”，每分钟仅能缓慢输出1~2个单词。如果脑机接口的突破再快一些，那些逝去的“超级大脑”们将留下多少宝贵财富？

　　更多的“如果”与更远的“未来”一样，是难以预言的。一两百年前的人们就算竭尽所能去畅想，也难以预料“手机在手、什么都有”的21世纪初的智能生活，以及下一个50年在人工智能加持下，生命甚至可以在“自行设计”中进化。

　　从粒子的特殊排列组合，到重组物质、能量、信息，再到与智能的交融，生命这种形态历经数百万年的美丽绽放，终将超越我们祖先最不羁的梦想。